KR20060121292A - 고도로 분지된 중합체를 포함하는 연마 시스템 - Google Patents

고도로 분지된 중합체를 포함하는 연마 시스템 Download PDF

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KR20060121292A
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캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 (a) 액체 담체, (b) 분지도가 50％ 또는 그 이상인 중합체, 및 (c) 연마 패드, 연마제, 또는 이들의 조합물을 포함하는 연마 시스템 및 이의 사용 방법을 제공한다.
연마 시스템, 고도로 분지된 중합체, 덴드리머 중합체, 연마 패드, 연마제

Description

고도로 분지된 중합체를 포함하는 연마 시스템 {Polishing System Comprising a Highly Branched Polymer}
본 발명은 화학적 기계적 연마에 사용하기 위한 고도로 분지된 중합체를 포함하는 연마 시스템에 관한 것이다.
집적 회로는 규소 웨이퍼와 같은 기판 내에 또는 기판 상에 형성된 수많은 활성 장치로 이루어진다. 활성 장치는 기판 내에 화학적으로 및 물리적으로 연결되어 있고 복합수준 상호접속을 사용하여 상호접속되어 기능성 회로를 형성한다. 전형적인 복합수준 상호접속은 제1 금속 층, 중간 유전체 층(interlevel dielectric layer), 및 때때로 제3 및 후속적인 금속 층을 포함한다. 도핑 및 도핑되지 않은 이산화규소(SiO2) 및(또는) 저-κ 유전체와 같은 중간 유전체는 상이한 금속 층을 전기적으로 단리시키기 위해 사용된다.
상이한 상호 연결 수준 사이의 전기적 연결은 금속 비아의 사용을 통해 이루어진다. 예를 들면, 미국 특허 제5,741,626호에는 유전체 TaN 층의 제조 방법이 기술되어 있다. 추가로, 미국 특허 제4,789,648호에는 절연체 필름 중의 복수 금속화 층 및 금속화 비아의 제조 방법이 기술되어 있다. 유사한 방식으로, 금속 접 촉은 웰(well)에서 형성되는 상호 연결 수준 및 장치 사이의 전기적 연결을 형성하기 위해 사용된다. 금속 비아 및 접촉은, 예를 들면 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 알루미늄 구리(Al-Cu), 알루미늄 규소(Al-Si), 구리(Cu), 텅스텐(W), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 및 이들의 조합물(하기에 "비아 금속"으로 지칭함)과 같은 각종 금속 및 합금으로 충전될 수 있다. 비아 금속은 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN), 탄탈륨(Ta), 질화탄탈륨(TaN), 텅스텐(W), 또는 질화텅스텐 장벽 필름과 같은 접착 층(즉, 장벽 필름)을 일반적으로 사용하여, 비아 금속을 SiO2 기판에 접착시킨다. 접촉 수준에서, 장벽 필름은 확산 장벽으로 작용하여 비아 금속이 SiO2와 반응하는 것을 방지한다.
일 반도체 제조 공정에서, 금속 비아 및(또는) 접촉은 블랭킷(blanket) 금속 침착에 이어서 화학적 기계적 연마(CMP) 단계에 의해 형성된다. 전형적인 공정에서, 비아 홀은 중간 유전체(ILD)를 통해 상호접속 선 또는 반도체 기판으로 에칭된다. 다음에, 장벽 필름은 ILD 상에 형성되고 에칭된 비아 홀을 향한다. 이후에, 비아 금속은 장벽 필름 상에 그리고 비아 홀 내로 블랭킷 침착된다. 침착은 비아 홀이 블랭킷 침착된 금속으로 충전될 때까지 계속된다. 마지막으로, 과잉 금속은 화학적 기계적 연마(CMP) 공정에 의해 제거되어 금속 비아를 형성한다. 비아의 CMP 및(또는) 제조 방법은 미국 특허 제4,671,851호, 동 제4,910,155호 및 동 제4,944,836호에 개시되어 있다.
전형적인 금속 CMP 시스템은 산화 수성 매질 중에 현탁된 실리카 또는 알루 미나와 같은 연마 물질을 함유한다. 예를 들면, 미국 특허 제5,244,534호에는 아래 놓인 절연 층이 거의 제거되지 않으면서 텅스텐을 제거하기에 유용한 알루미나, 과산화수소, 및 칼륨 또는 암모늄 수산화물을 함유하는 시스템이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,209,816호에는 수성 매질 중에 과염소산, 과산화수소, 및 고체 연마 물질을 포함하는, 알루미늄 연마에 유용한 시스템이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,340,370호에는 칼륨 페리시아나이드, 아세트산칼륨, 아세트산, 및 실리카를 포함하는 텅스텐 연마 시스템이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,391,258호 및 동 제5,476,606호에는 실리카 제거 비율을 제어하는, 수성 매질, 연마 입자, 및 음이온을 포함하는 금속 및 실리카의 복합체 연마용 시스템이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,770,095호에는 산화제, 화학제, 및 아미노아세트산 및 아미도황산으로부터 선택되는 에칭제를 포함하는 연마 시스템이 개시되어 있다. 미국 특허 제6,290,736호에는 연마제, 할로겐 화합물 및 수성 염기 용액을 포함하는 귀금속 표면 연마용 연마 조성물이 개시되어 있다. CMP 공정에 사용하기 위한 기타 연마 시스템은 미국 특허 제4,956,313호, 동 제5,137,544호, 동 제5,157,876호, 동 제5,354,490호 및 동 제5,527,423호에 기술되어 있다.
티타늄, 질화티타늄, 및 텅스텐과 같은 금속 등의 장벽 필름은 비아 금속과 화학적 활성이 유사하다. 따라서, 단일 시스템은 Ti/TiN 장벽 필름 및 비아 금속 모두를 동일한 비율로 연마하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 그러나, Ta 및 TaN 장벽 필름은 Ti, TiN 등의 장벽 필름과 상당히 상이하다. Ta 및 TaN은 Ti 및 TiN과 비교할 때 화학적 특성이 비교적 불활성이다. 따라서, 상기 언급한 시스템은 그들이 티타늄 층을 연마할 때보다 탄탈륨 층을 연마할 때 훨씬 덜 효과적이다(예를 들면, 탄탈륨 제거 비율은 티타늄 제거 비율보다 훨씬 낮다). 비아 금속 및 장벽 금속은 유사하게 높은 그들의 제거 비율 때문에 통상적으로 단일 시스템으로 연마되나, 통상적인 연마 시스템을 사용하여 비아 금속 및 탄탈륨 및 유사한 물질을 공동 연마할 경우 산화물 침식 및 비아 금속 디싱(dishing)과 같은 바람직하지 않은 효과가 발생한다.
귀금속이 비아 금속으로 사용될 때 산화물 침식과 유사한 문제가 관찰된다. 귀금속은 화학적 활성이 상당히 낮고 통상적인 CMP 조성물에 의해 적절하게 연마되지 않는다. 귀금속의 효율적인 평탄화는 종종 알칼리 pH의 CMP를 필요로 하고, 이는 바람직하지 않게 높은 산화물 층의 제거 비율을 야기한다.
따라서, 평탄화 효율, 균일성, 및 제1 금속 층의 제거 비율을 최대화하고 제2 층의 평탄화는 최소화하여, 제1 금속 층의 디싱, 표면 불완전, 및 아래 놓인 형상의 손상과 같은 바람직하지 않은 효과를 최소화하는 방식으로 제1 금속 층 및 제2 금속 층을 포함하는 기판을 연마하는 시스템, 조성물, 및(또는) 방법이 요구되고 있다. 본 발명은 이러한 시스템, 조성물 및 방법을 제공한다. 본 발명의 이들 및 다른 특징은 본원에 제공된 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
<발명의 개요>
본 발명은 (a) 액체 담체, (b) 분지도가 50％ 또는 그 이상인 중합체, 및 (c) 연마 패드, 연마제, 또는 이들의 조합물을 포함하는 연마 시스템을 제공한다. 추가로, 본 발명은 (i) 기판을 연마 시스템과 접촉시키고, (ii) 기판의 적어도 일 부분을 연삭하여 기판을 연마하는 것을 포함하는 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 반도체 기판과 같은 기판을 연마하는데 사용하기 위한 연마 시스템, 예를 들면 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템에 관한 것이다. 연마 시스템은 (a) 액체 담체, (b) 고도로 분지된 중합체, 및 (c) 연마 패드, 연마제, 또는 이들의 조합물을 포함한다.
본원에 기술된 연마 시스템은 바람직하게는 연마제 및 연마 패드를 포함한다. 연마제는 임의의 적합한 형태(예를 들면, 연마제 입자)일 수 있다. 연마제는 연마 패드 상에 고정되어 있을 수 있고(있거나) 미립자 형태일 수 있고 액체 담체 중에 현탁되어 있을 수 있다. 연마 패드는 임의의 적합한 연마 패드일 수 있다. 연마제(액체 담체 중에 현탁된 경우) 및 고도로 분지된 중합체뿐만 아니라, 액체 담체 중에 현탁된 기타 성분은 연마(예를 들면, CMP) 시스템의 연마 조성물을 형성한다.
연마제는 임의의 적합한 연마제일 수 있고, 예를 들면 연마제는 천연물 또는 합성물일 수 있고, 다이아몬드(예를 들면, 다결정절 다이아몬드), 가넷트, 유리, 카르보런덤(carborundum), 금속 산화물, 탄화물, 질화물 등을 포함할 수 있다. 연마제는 바람직하게는 금속 산화물을 포함한다. 적합한 금속 산화물은 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 이들의 공형성 생성물, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물을 포함한다. 연마제 입자는 전형적으로 평균 입자 크기(예를 들면, 평균 입자 직경)가 20 nm 내지 500 nm이다. 바람직하게는, 연마제 입자의 평균 입자 크기는 70 nm 내지 300 nm(예를 들면, 100 nm 내지 200 nm)이다.
연마제가 연마 시스템 중에 존재하고 액체 담체 중에 현탁되어 있는 경우(즉, 연마제가 연마 조성물의 성분인 경우), 임의의 적합한 양의 연마제가 연마 조성물 중에 존재할 수 있다. 전형적으로, 0.1 중량％ 또는 그 이상(예를 들면, 0.5 중량％ 또는 그 이상)의 연마제가 연마 조성물 중에 존재할 것이다. 보다 전형적으로는, 1 중량％ 또는 그 이상의 연마제가 연마 조성물 중에 존재할 것이다. 연마 조성물 중의 연마제의 양은 전형적으로 30 중량％를 초과하지 않을 것이며, 보다 전형적으로는 20 중량％를 초과하지 않을 것이다(예를 들면, 10 중량％를 초과하지 않을 것이다).
액체 담체는 연마하거나 평탄화할 적합한 기판의 표면에 연마제(연마 조성물 중에 존재하는 경우), 고도로 분지된 중합체 및 임의의 기타 첨가제를 용이하게 도포하기 위해 사용된다. 액체 담체는 임의의 적합한 액체 담체일 수 있다. 전형적으로는, 액체 담체는 물, 물 및 적합한 수혼화성 용매의 혼합물, 또는 유화액이다. 바람직하게는, 액체 담체는 물, 보다 바람직하게는 탈이온수를 포함하거나, 주성분으로 포함하거나, 그로 이루어진다. 바람직하게는, 고도로 분지된 중합체는 액체 담체 중에 용해되거나 유화될 수 있다.
고도로 분지된 중합체는 임의의 적합한 중합체 또는 공중합체일 수 있다. 고도로 분지된 중합체는 2개의 일반적인 부류, 즉 잘 규정된 구조의 맞춤 거대분자(예를 들면, 덴드리머 중합체, 빗 모양 중합체, 그래프트 중합체, 병브러시 모양 중합체) 및 무작위로(통계적으로) 분지된 중합체가 있다. 중합체는 덴드리머 중합체(예를 들면, 별폭발 모양 덴드리머), 빗 모양 중합체 또는 공중합체(예를 들면, 커튼 형 중합체), 병브러시 모양 중합체 또는 공중합체, 별 모양 덴드리머 혼성 중합체, 선형 덴드리머 이블록 공중합체, 선형 덴드리머 삼블록 공중합체, 무작위로 분지된 중합체, 또는 이들의 조합물일 수 있다.
덴드리머 중합체는 2개 또는 그 이상의 분지된 구조를 발산하는 중앙 코어 단량체를 함유하는 중합체이다. 덴드리머 중합체는 이상적으로는 완전히 분지되나(즉, 모든 단량체 뒤에 완전히 분지되나), 합성의 실시 제한은 단지 완벽에 가깝게 분지되는 1-반응기(one-pot) 덴드리머 중합체의 전개를 유도한다. 코어 단량체는 C1-8의 헤테로시클릭 고리, C1 -8의 카르보시클릭 고리, C1 -8의 알칸, C1 -8의 아미노알칸, 산소 원자, 황 원자 및 질소 원자로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. C1-8의 알칸 및 C1 -8의 아미노알칸은 포화이거나, 부분적으로 불포화이거나, 또는 완전히 불포화일 수 있다. 각 분지 수준은 "세대(generation)"로 지칭한다. 덴드리머 중합체는 바람직하게는 2 내지 10 세대, 바람직하게는 3 내지 8 세대를 포함한다. 덴드리머는 발산 접근법, 또는 수렴 접근법 또는 이들의 조합에 의해 제조될 수 있다. 빗 모양 및 병브러시 모양 중합체는 선형 중합체 골격에 부착된 다중 중합체, 공중합체, 또는 덴드리머 중합체 사슬을 포함하는 선형 중합체 골격으로 이루어진다.
무작위로 분지된 중합체는 분지는 도입되나 겔화는 되지 않는 ABx형 단량체(예를 들면, AB2, AB3, 또는 AB4 단량체)의 중축합을 통해 형성될 수 있다. 이러한 중합체에서, 덴드리머 합성 시 AB2 단량체로부터 얻어지는 100％ 분지에 비하여 분지가 통계적으로 제어되어 AB2 단량체의 경우 50％분지만이 얻어진다. 추가로, 무작위로 분지된 중합체의 크기 및 구조는 전형적으로 제조 동안 제어될 수 없어, 무작위로 분지된 중합체는 넓은 몰 질량 분포를 나타낸다.
고도로 분지된 중합체는 임의의 적합한 단량체를 포함할 수 있다. 이러한 중합체를 제조하기 위해 사용될 수 있는 단량체의 예로는 에틸렌이민, 프로필렌이민, 레소르시놀, 펜타-에리트리톨, 아미도아민, 아미드, 글리세롤, 카프로락톤, 이들의 조합물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체가 포함된다. 전형적으로, 중합체는 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌이민, 덴드리머 레소르시놀, 및 폴리글리세롤과 같은 폴리올, 덴드리머 에리트리톨, 폴리아미드, 폴리아미도아민, 폴리아릴에스테르, 폴리알킬에스테르 등으로부터 선택된다. 바람직하게는, 중합체는 폴리아미도아민(PAMAM)이다.
고도로 분지된 중합체는 임의로는 아민, 아미드, 카르복시산, 설폰산, 포스폰산, 히드록시 기, 이들의 염, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 말단 관능기(즉, 표면 관능기)를 함유한다. 바람직하게는, 말단 관능기는 아민, 카르복시산, 히드록시 기, 및 이들의 염으로부터 선택된다.
고도로 분지된 중합체(특히, 덴드리머 중합체)는 임의로는 하나 또는 그 이상의 중합체 사슬(예를 들면, 선형 중합체 사슬)로 관능화되어 혼성 중합체 구조를 형성할 수 있다. 예를 들면, 덴드리머는 하나 또는 그 이상의 선형 중합체로 관능화되어 PAMAM-폴리에틸렌 옥시드(PEO) 이블록 공중합체와 같은 선형 덴드리머 이블록 공중합체, 폴리에틸렌 옥시드-폴리프로필렌 옥시드-폴리아미도아민(PEO-PPO-PAMAM) 삼블록 공중합체와 같은 선형 덴드리머 삼블록 공중합체, 또는 별 모양 덴드리머 혼성 공중합체를 형성할 수 있다.
고도로 분지된 중합체는 바람직하게는 정돈된 분지 구조를 갖는다. 예를 들면, 덴드리머는 전형적으로 모든 (또는 거의 모든) 단량체 단위 뒤에서 분지된다. 이러한 구조는 무작위로 분지된 중합체, 예를 들면 단량체 당 하나의 잠재적인 분지 자리를 함유하나 각 자리에서 사실상 단지 무작위의 분지 기회만이 있는 폴리에틸렌 이민과는 대조적이다. 전형적으로는, 정돈된 분지 구조의 고도로 분지된 중합체는 이러한 무작위로 분지된 중합체에 비해 보다 정돈된 3차원 구조를 갖는다.
고도로 분지된 중합체는 바람직하게는 고도로 분지된 코어를 함유한다. 코어는 덴드리머 코어, 또는 고도로 분지된 선형 중합체 사슬 등일 수 있다. 따라서, 빗 모양 또는 병브러시 모양 중합체의 경우, 코어는 선형 중합체 사슬이다. 덴드리머 중합체의 경우, 코어는 임의로는 선형 중합체로 관능화된 덴드리머이다.
고도로 분지된 중합체 코어 중의 분지된 단량체의 백분율은 종종 출발 물질의 분석을 통해 이론적으로 결정될 수 있다. 고도로 분지된 중합체는 바람직하게는 백분율 분지도에 의해 특징지어진다. 분지도는 분지된 자리의 수를 분지될 수 있는 단량체 자리의 총 수로 나눈 것과 같다. 전형적으로, 본 발명의 고도로 분지된 중합체의 백분율 분지도는 50％ 또는 그 이상(예를 들면, 60％ 또는 그 이상)이다. 바람직하게는, 고도로 분지된 중합체의 분지도는 70％ 또는 그 이상(예를 들면, 80％ 또는 그 이상)이다. 완전히 분지된 중합체(즉, 덴드리머)의 분지도는 100％일 것이다.
고도로 분지된 중합체의 분지도는 NMR 분광법에 의해 결정할 수 있다. 전형적으로 13C 또는 14N NMR 분광법을 사용하나, 임의의 적합한 스핀 활성 핵이 사용될 수 있다. 고도로 분지된 중합체 내의 반복 단위는 그들의 치환도에 따라 화학적 이동이 상이할 것이다. 예를 들면, 고도로 분지된 폴리아민에서 반복 단위는 분지점(즉, 3차 아민) 또는 사슬 연속 또는 사슬 종결 기(즉, 각각 2차 및 1차 아민)로 작용할 수 있는 아민 기를 함유한다. 각 종류의 아민(예를 들면, 1차, 2차, 또는 3차)은 NMR(예를 들면, 13C NMR) 스펙트럼에서 특징적인 화학적 이동을 갖는다. 상이한 아민 피크의 피크 면적을 적분함으로써, 분지(예를 들면, 3차 아민) 대 비분지 (예를 들면, 2차 및 1차 아민)의 상대적인 비율을 결정하여 분지도를 얻을 수 있다. 1차 및 2차 아민 간의 차이와 같은 상이한 화학적 환경은 NMR 스펙트럼에서 관찰되는 피크의 상이한 이완 시간을 유도할 수 있다. 이러한 현상은 NMR 분광법으로 분지 비율을 계산할 때 오차를 발생시킬 수 있다. 그러나, 펄스 시퀀스를 주의깊게 사용하고 적분 시간을 길게 하면서 적절하게 감안한다면, 정확한 비율을 얻을 수 있다. NMR 분광법의 이러한 면은 당업자가 이해할 것이다. 또한, 그들 중 많은 것들이 당업계에 공지되어 있는 NMR 모의 시험 프로그램을 사용하여, 소정의 샘플 중합체의 실제 분지도를 보다 명백하게 하기 위해서 미지의 스펙트럼에 비교될 수 있는 공지된 분지도의 중합체로부터 얻어질 NMR 스펙트럼을 예측할 수 있다.
이들의 3차원 구조 때문에, 고도로 분지된 중합체는 전형적으로 그들의 분자량 및 그들의 점도 사이의 관계가 비선형적이다. 특히, 고도로 분지된 중합체는 동일한 조성 및 분자량의 동류 선형 중합체보다 점도가 낮은 경향이 있다. 바람직하게는, 이러한 중합체의 점도는 동일한 조건 하에서 동일한 단량체 조성 및 분자량의 선형 중합체의 점도의 70％ 또는 그 이하(예를 들면, 60％ 또는 그 이하, 50％ 또는 그 이하, 또는 40％ 또는 그 이하)이다. 고도로 분지된 중합체는 임의의 적합한 분자량일 수 있다. 전형적으로, 고도로 분지된 중합체의 분자량은 1,000 내지 1,000,000 g/mol(예를 들면, 2,000 내지 500,000 g/mol, 또는 2,500 내지 250,000 g/mol)이다. 바람직하게는, 고도로 분지된 중합체는 실질적으로 연마 조성물의 점도를 변화시키지 않는다. 바람직하게는, 연마 조성물에 고도로 분지된 중합체의 첨가는 연마 조성물의 점도를 10％ 또는 그 이하(예를 들면, 5％ 또는 그 이하, 또는 3％ 또는 그 이하)로 변화시킨다.
고도로 분지된 중합체는 화학적 기계적 연마에 의해 제거되는 기판 층의 밑에 있는 기판 층(예를 들면, 금속 층 또는 규소계 절연 층)의 제거를 더디게 하는 "저지 화합물(stopping compound)"로서 작용할 수 있다. 고도로 분지된 중합체는 산, 아민, 아미드 등과 같은 관능기를 통해 아래 놓인 기판 층의 표면에 접착된다. 중합체의 고도로 분지된 특성은 중합체의 "저지" 특성의 향상을 의도한다. 임의의 특정 이론에 얽매이려는 의도는 없으나, 고도로 분지된 중합체는 아래 놓인(예를 들면, 산화물 절연체) 층의 표면 상에 보다 두꺼운 중합체 필름을 생성해서, 다른(예를 들면, 금속) 층의 제거 비율에 영향을 미치지 않으면서 이러한 아래 놓인 층의 제거 비율은 더 감소시키는 것으로 믿어진다. 별법으로, 고도로 분지된 중합체는 연마 연마제와 상호 작용하여 제거되는 기판 층의 긁힘을 감소시킬 수 있다.
연마 조성물은 의도된 최종 용도에 적합한 임의의 pH일 수 있다. 바람직하게는, 연마 조성물의 pH는 연마될 기판의 종류에 따라 2 내지 12(예를 들면, 2.5 내지 10.5, 또는 3 내지 10)이다. 연마 시스템의 pH는 7 미만(예를 들면, 6 미만, 2 내지 5, 또는 3 내지 4.5) 또는 7 초과(예를 들면, 8 내지 14, 9 내지 13, 또는 10 내지 12)이다. 연마 시스템이 구리 함유 기판을 연마하기 위해 사용될 경우, 연마 조성물의 pH는 바람직하게는 3 내지 9이다. 연마 시스템이 탄탈륨 함유 기판을 연마하기 위해 사용될 경우, 연마 조성물의 pH는 바람직하게는 8 내지 11이다. 탄탈륨 연마를 위한 연마 시스템이 산화제를 더 포함할 경우, 연마 조성물의 pH는 바람직하게는 4 내지 11이다. 연마 시스템이 텅스텐을 포함하는 기판 층을 연마하기 위해 사용될 경우, 연마 조성물의 pH는 바람직하게는 1.5 내지 5이다. 연마 시스템이 백금 함유 기판을 연마하기 위해 사용될 경우, 연마 조성물의 pH는 바람직하게는 2 내지 7이다. 연마 시스템이 루테늄 함유 기판을 연마하기 위해 사용될 경우, 연마 조성물의 pH는 바람직하게는 5 또는 그 이상(예를 들면, 7 내지 11)이다. 연마 시스템이 이리듐 함유 기판을 연마하기 위해 사용될 경우, 연마 조성물의 pH는 바람직하게는 5 내지 12(예를 들면, 7 내지 9)이다.
연마 조성물은 임의로는 킬레이트제 또는 착화제를 추가로 포함한다. 착화제는 제거되는 기판 층의 제거 비율을 증진시키는 임의의 적합한 화학적 첨가제이다. 적합한 킬레이트제 또는 착화제는, 예를 들면 카르보닐 화합물(예를 들면, 아세틸아세토네이트 등), 단순 카르복실레이트(예를 들면, 아세테이트, 아릴 카르복실레이트 등), 하나 또는 그 이상의 히드록시 기를 함유하는 카르복실레이트(예를 들면, 글리콜레이트, 락테이트, 글루코네이트, 갈산 및 이들의 염 등), 디-, 트리-, 및 폴리카르복실레이트(예를 들면, 옥살레이트, 프탈레이트, 시트레이트, 숙시네이트, 타르트레이트, 말레이트, 에데테이트(예를 들면, 이칼륨 EDTA), 이들의 혼합물 등), 하나 또는 그 이상의 설폰 및(또는) 포스폰 기를 함유하는 카르복실레이트 등을 포함할 수 있다. 적합한 킬레이트제 또는 착화제는, 예를 들면 디-, 트리-, 또는 폴리알코올(예를 들면, 에틸렌 글리콜, 파이로카테콜, 파이로갈롤, 탄닌산 등) 및 아민 함유 화합물(예를 들면, 암모니아, 아미노산, 아미노 알코올, 디-, 트리-, 및 폴리아민 등)을 또한 포함할 수 있다. 킬레이트제 또는 착화제의 선택은 제거될 기판 층의 종류에 따를 것이다.
상기 언급한 많은 화합물이 염(예를 들면, 금속 염, 암모늄 염 등), 산, 또는 부분 염의 형태로 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 시트레이트는 시트르산뿐만 아니라 이들의 모노-, 디-, 및 트리 염을 포함하고, 프탈레이트는 프탈산뿐만 아니라 이들의 모노 염(예를 들면, 칼륨 수소 프탈레이트) 및 이들의 디 염을 포함하고, 과염소산염은 해당 산(즉, 과염소산)뿐만 아니라 이들의 염을 포함한다. 더욱이 특정 화합물 또는 시약은 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 일부 화합물은 킬레이트제 및 산화제 모두로 작용할 수 있다(예를 들면, 벤조일 과산화물 등).
임의로는, 연마 시스템은 기판의 하나 또는 그 이상의 성분을 산화시키는 수단을 추가로 포함한다. 기판을 산화시키기 위한 수단은 기판을 산화시키기 위한 임의의 적합한 수단일 수 있고, 이는 임의의 물리적 및(또는) 화학적 수단을 포함한다. 기판을 산화시키기 위한 적합한 물리적 수단은 시변(time-varying) 전위(예를 들면, 양극 전위)를 기판(예를 들면, 전자 포텐시오스테트(potentiostat))에 적용하기 위한 장치를 포함하며, 이는 전기화학적 연마를 포함하는 연마 시스템에 바람직하게는 이용된다. 기판을 산화시키기 위한 적합한 화학적 수단은 화학적 산화제를 포함하며, 이는 전기 화학적 연마를 포함하지 않는 연마 시스템에 바람직하게는 이용된다.
시변 전위를 기판에 적용하기 위한 장치는 임의의 적합한 이러한 장치일 수 있다. 기판을 산화시키기 위한 수단은 연마 초기 단계 동안 제1 전위(예를 들면, 보다 산화된 전위)를 적용하고 이후의 연마 단계에서 또는 이후의 연마 단계 동안 제2 전위(예를 들면, 보다 덜 산화된 전위)를 적용하기 위한 장치, 또는 연마의 중간 단계 동안 제1 전위를 제2 전위로 변화시키기 위한 장치, 예를 들면 중간 단계 동안 연속적으로 전위를 감소시키거나 또는 제1의 보다 높은 산화 전위에서 소정의 간격 후에 제1의 보다 높은 산화 전위로부터 제2의 보다 낮은 산화 전위로 빠르게 전위를 감소시키는 장치를 포함한다. 예를 들면, 연마의 초기 단계(들) 동안, 비교적 높은 산화 전위는 기판에 적용되어 기판의 산화/용해/제거의 비교적 높은 비율을 촉진시킨다. 이후의 연마 단계일 때, 예를 들면 아래 놓인 장벽 층에 접근할 때, 적용된 전위는 기판의 산화/용해/제거 비율이 실질적으로 낮거나 또는 무시할 수 있을 정도를 생성하는 수준으로 감소되어, 디싱, 부식 및 침식이 제거되거나 또는 실질적으로 감소한다. 시변 전기화학적 전위는 제어 가능한 가변성 DC 전원 공급 장치, 예를 들면 전자 포텐시오스테트를 사용하여 바람직하게 적용된다. 미국 특허 제6,379,223호에는 전위를 적용하여 기판을 산화하는 수단이 추가로 기술되어 있다.
화학적 산화제는 임의의 적합한 산화제일 수 있다. 적합한 산화제는 무기 및 유기 과화합물(per-compound), 브롬산염, 질산염, 염소산염, 크롬산염, 요오드산염, 철 및 구리 염(예를 들면, 질산염, 황산염, EDTA, 및 시트레이트), 희토 및 전이 금속 산화물(예를 들면, 오스뮴 테트라옥시드), 칼륨 페리시아나이드, 칼륨 디크로메이트, 요오드산 등을 포함한다. 과화합물(Hawley's Condensed Chemical Dictionary에 의해 규정됨)은 하나 이상의 퍼옥시 기(-O-O-)를 함유하는 화합물 또는 그의 가장 높은 산화 상태의 원소를 함유하는 화합물이다. 하나 이상의 퍼옥시 기를 함유하는 화합물의 예로는 과산화수소 및 그의 부가물, 예를 들면 우레아 과산화수소 및 과탄산염, 유기 퍼옥시드, 예를 들면 벤조일 퍼옥시드, 퍼아세트산, 및 디-tert-부틸 퍼옥시드, 모노퍼설페이트(S05 2 -), 디퍼설페이트(S2O8 2 -) 및 나트륨 퍼옥시드가 포함되나, 이에 제한되지 않는다. 그의 가장 높은 산화 상태의 원소를 함유하는 화합물의 예로는 퍼요오드산, 퍼이오데이트염, 퍼브롬산, 퍼브로메이트염, 퍼염소산, 과클로레이트염, 퍼보론산, 퍼보레이트염, 및 퍼망가네이트가 포함되나, 이에 제한되지 않는다. 산화제는 바람직하게는 과산화수소이다. 연마 조성물은 전형적으로 액체 담체 및 이에 용해되어 있거나 현탁된 임의의 성분의 중량을 기준으로 0.1 중량％ 내지 15 중량％(예를 들면, 0.2 중량％ 내지 10 중량％, 0.5 중량％ 내지 8 중량％, 또는 1 중량％ 내지 5 중량％)의 산화제를 포함한다.
연마 시스템은 임의로는 부식 억제제(즉, 필름 형성제)를 추가로 포함한다. 부식 억제제는 임의의 적합한 부식 억제제일 수 있다. 전형적으로, 부식 억제제는 헤테로원자 함유 관능기를 함유하는 유기 화합물이다. 예를 들면, 필름 형성제는 활성 관능기로서 하나 이상의 5원 또는 6원 헤테로시클릭 고리가 있는 헤테로시클릭 유기 화합물이고, 상기 헤테로시클릭 고리는 하나 이상의 질소 원자를 함유하며, 예로는 아졸 화합물이 있다. 바람직하게는, 필름 형성제는 트리아졸이고, 보다 바람직하게는 1,2,4-트리아졸, 1,2,3-트리아졸, 또는 벤조트리아졸이다. 연마 시스템에 사용되는 부식 억제제의 양은 액체 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량 기준으로 전형적으로 0.0001 중량％ 내지 3 중량％, 바람직하게는 0.001 중량％ 내지 2 중량％이다.
연마 시스템은 임의로는 계면활성제를 추가로 포함한다. 적합한 계면활성제는, 예를 들면 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 및 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 연마 시스템은 비이온성 계면활성제를 포함한다. 적합한 비이온성 계면활성제의 한 예는 에틸렌디아민 폴리옥시에틸렌 계면활성제이다. 계면활성제의 양은 액체 담체 및 이에 용해되거나 현탁된 임의의 성분의 중량 기준으로 전형적으로 0.0001 중량％ 내지 1 중량％(바람직하게는 0.001 중량％ 내지 0.1 중량％, 또는 0.005 중량％ 내지 0.05 중량％)이다.
연마 시스템은 임의로는 소포제를 추가로 포함한다. 소포제는 임의의 적합한 소포제일 수 있다. 적합한 소포제는 규소계 및 아세틸렌 디올계 소포제를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 연마 조성물 중에 존재하는 소포제의 양은 전형적으로 20 ppm 내지 140 ppm이다.
연마 시스템은 임의로는 살생물제를 추가로 포함한다. 살생물제는 임의의 적합한 살생물제, 예를 들면 이소티아졸리논 살생물제일 수 있다. 연마 조성물 중에 사용되는 살생물제의 양은 전형적으로 1 내지 500 ppm, 바람직하게는 10 내지 200 ppm이다.
연마 시스템은 미세전자 기판(예를 들면, 집적 회로, 메모리 또는 경질 디스크(rigid disk), 금속, ILD 층, 반도체, 박막, 미세전자기계 시스템, 강유전체, 자기 헤드, 중합체 필름, 및 저유전 또는 고유전 필름)과 같은 기판의 화학적 기계적 연마에 사용되는 것을 의도한다. 연마 방법은 (i) 연마 시스템을 제공하는 단계, (ii) 기판을 연마 시스템과 접촉시키는 단계, 및 (iii) 기판의 적어도 일부분을 연삭하여 기판을 연마시키는 단계를 포함한다. 기판은 임의의 적합한 절연체, 금속 또는 금속합금 층(예를 들면, 금속 전도성 층)을 포함할 수 있다. 절연 층은 금속 산화물, 다공성 금속 산화물, 유리, 유기 중합체, 불소화 유기 중합체, 또는 임의의 기타 적합한 고-κ 또는 저-κ 절연 층일 수 있다. 금속 층은 구리, 탄탈륨, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 백금, 로듐, 이리듐, 은, 금, 니켈, 루테늄, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속을 포함하는 임의의 적합한 금속을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 연마 시스템은 하나 이상의 금속 층 및 제2(예를 들면, 절연체 또는 금속) 층을 포함하는 기판의 연마 방법에 사용되고, 여기서 제1 및 제2 층은 동일하지 않다. 기판은 연마 시스템과 접촉하고, 기판이 연마되도록 기판의 적어도 일부분(바람직하게는 기판의 금속 층)이 연삭된다. 연마 시스템은 귀금속 함유 기판, 특히 전기 산업에 사용되는 이러한 기판의 연마에 특히 적합하다. 기판은 바람직하게는 레늄, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택된 귀금속을 포함한다. 보다 바람직한 실시양태에서, 귀금속은 백금, 루테늄, 또는 이리듐이다. 귀금속 층은 기계적으로 단단하고 화학적으로 저항성이 있는 경향이 있고, 귀금속 제거에 요구되는 조건하에서 아래 놓인 것(예를 들면, 산화물과 같은 절연 층)의 제거 비율이 종종 높다. 바람직하게는, 연마 시스템의 고도로 분지된 중합체는 귀금속 층을 포함하는 기판의 아래 놓인(예를 들면, 산화물과 같은 절연체) 층을 보호하면서, 귀금속 층에 대해 높은 제거 비율을 유지시킨다.
본 발명을 수행하기 위한 본 발명자가 알고 있는 최선의 양태를 비롯하여 본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 기술되어 있다. 상기 설명을 읽을 때 이들 바람직한 실시양태의 변형은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명자는 당업자가 이러한 변형을 적당히 사용하는 것을 예상하고, 본 발명자는 본 발명을 본원에 명확하게 기술된 것이 아닌 다른 것을 실행하는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용법에 의해 허용되듯이 본원에 첨부된 특허청구범위에 언급된 대상의 모든 변형 및 동등물을 포함한다. 추가로, 이들의 모든 가능한 변형의 상기 기술된 요소의 임의의 조합은 본원에 달리 지시되어 있지 않거나 명세서에 명확하게 부인되어 있지 않는 한 본 발명에 포함된다.

Claims (23)

  1. (a) 액체 담체,
    (b) 분지도가 50％ 또는 그 이상인 중합체, 및
    (c) 연마 패드, 연마제, 또는 이들의 조합물
    을 포함하는 연마 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 분지도가 60％ 또는 그 이상인 연마 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 분지도가 70％ 또는 그 이상인 연마 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 중합체가 덴드리머 중합체, 빗 모양 중합체, 병브러시 모양 중합체, 선형 덴드리머 이블록 공중합체, 선형 덴드리머 삼블록 공중합체, 무작위로 분지된 중합체, 이들의 공중합체, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 연마 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 중합체가 선형 덴드리머 이블록 공중합체인 연마 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 선형 덴드리머 이블록 공중합체가 폴리에틸렌 옥시드-폴리아미도아민(PEO-PAMAM) 이블록 공중합체인 연마 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 중합체가 선형 덴드리머 삼블록 공중합체인 연마 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 선형 덴드리머 삼블록 공중합체가 폴리에틸렌 옥시드-폴리프로필렌 옥시드-폴리아미도아민 삼블록 공중합체인 연마 시스템.
  9. 제4항에 있어서, 중합체가 덴드리머 중합체인 연마 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 덴드리머 중합체가 C1 -8의 헤테로시클릭 고리, C1 -8의 카르보시클릭 고리, C1 -8의 알칸, 및 C1 -8의 아미노알칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코어 단량체를 포함하는 것인 연마 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 덴드리머 중합체가 질소 원자로부터 분지된 것인 연마 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 덴드리머 중합체가 2 내지 10 세대를 포함하는 것인 연마 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 중합체가 폴리아미도아민(PAMAM) 중합체인 연마 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 중합체가 폴리글리세롤인 연마 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 중합체가 아민, 아미드, 카르복시산, 설폰산, 포스폰산, 히드록시 기, 이들의 염, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 표면 관능기를 포함하는 것인 연마 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 중합체의 분자량이 1,000 내지 1,000,000 g/mol인 연마 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 분자량이 2,000 내지 500,000 g/mol인 연마 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 중합체가 단량체를 포함하는 고도로 분지된 코어를 포함하고, 고도로 분지된 코어 내 단량체의 50％ 또는 그 이상이 분지된 것인 연마 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 중합체의 점도가 동일한 조건 하에서 동일한 단량체 조성 및 분자량의 선형 중합체의 점도의 70％ 또는 그 이하인 연마 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 액체 담체 중에 현탁된 연마제를 포함하는 연마 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 연마 패드에 고정된 연마제를 포함하는 연마 시스템.
  22. 제1항에 있어서, 킬레이트제 또는 착화제, 산화제, 계면활성제, 소포제, 살생물제, 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 연마 첨가제를 더 포함하는 연마 시스템.
  23. (i) 기판을 제1항의 연마 시스템과 접촉시키고,
    (ii) 기판의 적어도 일부분을 연삭하여 기판을 연마시키는 것
    을 포함하는 기판의 연마 방법.
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